יקום נולד: למיין את היונים

לפי תיאוריית המפץ הגדול, היה היקום הקדום מלא בפלזמה חמה - קלחת של פרוטונים, אלקטרונים, פוֹטונים, וקומץ חלקיקים אחרים. האלקטרונים שנעו בחופשיות הגיבו עם הפוטונים בתהליך הקרוי פיזור תומסון, וכך נוצר צימוד חזק בין חומר לקרינה. תוך כדי התפשטותו והתרחבותו התקרר היקום, וכשהטמפרטורות ירדו מתחת ל-3,000 מעלות קלווין, נקשרו הפרוטונים לאלקטרונים ויצרו אטומי מימן ניטרלים מבחינה חשמלית.

תהליך פיזור תומסון הסתיים, והתגובה בין פוטונים וחומר נחלשה מאוד ונעשתה לקרינת הרקע הקוסמית. התפשטות היקום המשיכה לקרר את הגז, כך שיכולנו לצפות שהגז הקוסמי יהיה קר וניטרלי גם היום.

אך למרבה ההפתעה המצב שונה. אף על פי שהעולם סביבנו עשוי מאטומים, רוב החומר הרגיל ביקום היום הוא בצורת פלזמה, המצויה עמוק בחלל הבין-גלקטי. תצפיות בספקטרום האור של הקווזרים, הגלקסיות והבזקי קרינת הגמא הרחוקים ביותר המוכרים לנו (ולכן גם העתיקים ביותר) מעידות, שאותו מימן קוסמי מפוזר עבר כולו יינון בעת שהיקום היה בן מיליארד שנה.

רמז למה שקרה הגיע לפני שלוש שנים, כשהחללית לחקר אי-אחידויות בקרינת הרקע הקוסמית על שם וילקינסון (WMAP) מצאה קיטוב קל בקרינת הרקע הקוסמית. מימן ניטרלי אינו יכול לקטב את הקרינה הזו, אלא רק מימן מיונן. מידת הקיטוב מעידה שהגז היה מיונן כבר כמה מאות מיליוני שנים לאחר המפץ הגדול. כלומר, האטומים ודאי התפרקו בחזרה למרכיביהם, הפרוטונים והאלקטרונים, כשהגיע לסיומו העידן האפל.

רוב החוקרים מקשרים תהליך זה של יינון מחדש ליצירה הראשונה של כוכבים. יינון של אטום מימן מצריך אנרגיה של 13.6 אלקטרון-וולט, כמות שנושא פוטון בתחום האולטרה-סגול. זו אינה אנרגיה רבה - היא שוות ערך לכ-109 ג'ול לק"ג מימן, הרבה פחות מכמות האנרגיה של 1015 ג'ול המשתחררת בהיתוך גרעיני של אותה כמות מימן. לו רק מיליונית מכמות הגז ביקום הייתה עוברת היתוך בתוך כוכבים, הייתה משתחררת די אנרגיה כדי ליינן את כל שאר הגז.

חוקרים אחרים משערים שחומר שנשאב לתוך חורים שחורים שיחרר את האנרגיה שנדרשה ליינון. נפילה לתוך חור שחור משחררת עד 1016 ג'ול לק"ג, ולכן רק עשירית המיליונית של המימן הקוסמי היה צריך ליפול לחורים שחורים כדי ליינן את כל השאר.

כוכבים וחורים שחורים נוצרים בתוך גלקסיות, ולכן לפני שהיינון מחדש היה יכול להתרחש, היו חייבות להיווצר גלקסיות. אף כי נהוג לחשוב על גלקסיות כעל קבוצות כוכבים, קוסמולוגים מגדירים אותן כצבירים גדולים של חומר. בדרך כלל, כוכבים בגלקסיות נוצרו רק בשלב מאוחר יחסית. ולמעשה, רוב החומר בגלקסיות הוא חומר אפל - סוג של חומר שטרם זיהינו, ובהגדרתו הוא בלתי נראה.

 יש הסוברים שגלקסיות נוצרו כאשר אזור של היקום, שהיה צפוף יותר מן הממוצע, הצטופף עוד יותר עקב הכבידה העצמית שלו. אף כי האזור התפשט בתחילה, כמו שאר היקום, הכבידה העודפת האטה את קצב ההתפשטות שלו, הפכה את מגמתה, וגרמה לאזור לקרוס וליצור גוף שמימי קשור - גלקסיה.

על פי המודלים הקיימים היום, גלקסיות ננסיות החלו להתהוות כשהיקום היה בן 100 מיליון שנים. בחלוף הזמן, הן התמזגו יחד ויצרו גלקסיות גדולות יותר ויותר. גלקסיה מודרנית, כמו שביל החלב, נוצרה אחרי כמיליון התמזגויות כאלה. בתוך הגלקסיות העובריות התקרר הגז והתקבץ עד להיווצרות כוכבים. הקרינה האולטרה-סגולה של הכוכבים דלפה אל תוך החלל הבין-גלקטי, ניתקה אלקטרונים מן האטומים שלהם ויצרה בועה מתפשטת של גז מיונן.

יותר ויותר בועות כאלו הופיעו עם היווצרותן של גלקסיות חדשות, והחלל הבין-גלקטי החל להיראות כמו גבינה שוויצרית. הבועות החלו לחפוף זו את זו ולבסוף מילאו את החלל כולו.

רצף האירועים הזה אמנם נשמע אפשרי, אך עד כה הוא היה קיים רק במוחותיהם של התיאורטיקנים. קוסמולוגים מעשיים היו מעוניינים למצוא הוכחה ישירה לתקופת היינון מחדש לפני שמוסיפים את הפרק החסר לספרי הלימוד. יתרה מכך, רק תצפיות יכולות לקבוע האם כוכבים או חורים שחורים שלטו בעידן היינון-מחדש ומה היו תכונותיו של החומר האפל. אך כיצד ייתכנו בכלל תצפיות כאלו אם, לפחות בתחילתו, היה העידן האפל אפל?

בכתבה הבאה: לראות בחשיכה